V tomto článku sa vraciame detailnejšie k problematike tepelného čerpadla a jeho využitia z pohľadu skúseného projektanta Ing. Jedlovského
Tepelné čerpadlá ako zdroj tepla pre bytový dom
Na základe najnovších trendov vývoja tepelnej technológie a záujmu verejnosti o výrobu tepla z obnoviteľných
zdrojov Vám chceme predstaviť jeden zo spôsobov získavania tepelnej energie, a to pomocou zariadení,
ktoré sa volajú tepelné čerpadlá. V tomto článku sú uvedené základné informácie o dvoch typoch tepelných
čerpadiel, ktoré sa v dnešnej dobe najčastejšie používajú, ich výhody a aj nevýhody a predpokladané náklady
na vybraté riešenia.
Spôsob výpočtu výkonového
čísla tepelného čerpadla:
COP = Výkon = Množstvo vyrobeného tepla za hodinu (v kW)
Príkon Množstvo dodanej elektrickej energie za hodinu (v kW)
Tepelné čerpadlá v stručnosti
Tepelné čerpadlá predstavujú moderný a ekologický spôsob získavania nízkopotenciálového naakumulovaného tepla
z okolitého prostredia. Pomocou dodanej elektrickej energie je teplo z vonkajšieho vzduchu, resp. vody pretransformované na tepelnú energiu, ktorá môže byť využitá pre vykurovanie a ohrev teplej vody v bytových domoch. Pomer
množstva vyrobeného tepla a dodanej elektrickej energie určuje tzv. výkonové číslo (COP), ktoré vyjadruje efektivitu
premeny nízkopotenciálového tepla na využiteľnú energiu. Pre určenie vhodného typu tepelného čerpadla pre vykurovanie bytového domu rozoberieme tepelné čerpadlá typu voda/voda a tepelné čerpadlá typu vzduch/voda.
Tepelné čerpadlá typu voda / voda, zdroj vody - studne
Tepelné čerpadlá voda/voda využívajú ako primárny zdroj tepla
vodu z dvoch studní. Voda zo zdrojovej studne je prečerpávaná do
systému tepelného čerpadla a po odobratí tepla z vody sa vracia
ochladená späť do vsakovacej studne. Pracovný rozsah tepelného
čerpadla nie je výrazne obmedzený vonkajšou teplotou vzduchu,
keďže teplota privedenej vody zo studne je v priebehu roka takmer
konštantná. Výhody a nevýhody použitej technológie môžu byť
zhrnuté v nasledovných bodoch:
Výhody:
9 vysoká účinnosť výroby tepla, t.j. vysoké výkonové číslo(COP)
9moderný, úsporný a ekologický spôsob výroby tepla s nízkymi
emisiami škodlivých látok
Nevýhody:
9 vysoké investičné náklady spojené s rozsiahlymi zemnými prácami (pre bytový dom s 50 bytovými jednotkami
cca 300 – 350 tis. EUR).
9 vysoké náklady na údržbu s nutnosťou pravidelných kontrol systému
9- použitie obmedzené na lokality s dostatočnou výdatnosťou spodnej vody
9 vzdialenosť medzi studňami min. 15 m
9 obmedzenie realizácie systému z dôvodu blízkosti susedných objektov a komunikácií
9 riziko straty výdatnosti zdroja vody
9 zmena požadovanej kvality vody
Vzhľadom na legislatívne podmienky, problematickú realizovateľnosť a prevádzku uvedeného systému v podmienkach
bytového domu situovaného v mestskej časti s vysokou hustotou okolitej zástavby, použitie tepelných čerpadiel typu
voda/voda ako zdroja tepla pre bytový dom sa nedoporučuje. Doporučeje sa tam, kde sú eliminované uvedené problémy
za dodržania nasledujúcich podmienok.
Tepelné čerpadlá typu vzduch / voda
Legislatívne podmienky realizácie
tepelných čerpadiel voda/voda
Na odber podzemnej vody pre tepelné čerpadlá je
potrebné povolenie na osobitné užívanie vôd. Povolenie na osobitné užívanie vôd vydáva orgán štátnej
vodnej správy fyzickým osobám a právnickým
osobám. Orgán štátnej vodnej správy určí účel, rozsah, čas povolenia na osobitné užívanie vôd.
Orgány štátnej vodnej správy sú: obvodné úrady
životného prostredia aj obce.
Studňa je vodná stavba. Na jej stavbu je potrebné
povolenie orgánu štátnej vodnej správy.
Postup pri povoľovaní vodných stavieb (studní)
pre fyzické osoby – občanov:
V prípade zámeru vybudovať na svojom pozemku
studňu využívanú za účelom získania pitnej alebo
úžitkovej vody, z ktorej bude voda čerpaná iným
spôsobom, ako ručne, je potrebné požiadať o povolenie zriadiť takúto vodnú stavbu Obvodný úrad
životného prostredia (v prípade ak je užívateľom
Právnická osoba) alebo obecný úrad (v prípade ak
je žiadateľom fyzická osoba).
Žiadosť o vyjadrenie k hydrogeologickému prieskumu
podľa § 63 ods. 3 písm. a) vodného zákona
Prílohy:
y2x projektová dokumentácia
(projekt geologických prác)
ykópia listu vlastníctva
ysituačný nákres umiestnenia vodnej stavby (kópia katastrálnej mapy)
Žiadosť o vyjadrenie k zámeru vodnej stavby podľa §
63 ods. 3 písm. a) vodného zákona
Prílohy:
y2x záverečná správa z hydrogeologického prieskumu
yprojektová dokumentácia
ysituačný nákres umiestnenia vodnej stavby (kópia katastrálnej mapy)
Žiadosť o vydanie povolenia na uskutočnenie vodnej
stavby a žiadosť na vydanie povolenia na odber podzemnej vody podľa § 26 a § 21 vodného zákona
Prílohy:
y doklady, ktorými stavebník preukazuje vlastnícke alebo iné práva k pozemku, alebo k stavbe
(kópia listu vlastníctva)
y2x projektová dokumentácia vodnej stavy podľa
STN 75 5115 vypracovaná oprávnenou osobou
yRozhodnutia, stanoviská, vyjadrenia, súhlasy,
posúdenia alebo iné opatrenia dotknutých organizácií a orgánov štátnej správy
- Požiadať dodávateľa elektrickej energie a pridelenie
zodpovedajúceho ističa na potrebný výkon pre tepelné čerpadlo, vybudovať novú elektrickú prípojku
- Požiadať príslušný stavebný úrad o stavebné povolenie
Graf: Závislosť výkonu tepelného čerpadla vzduch/voda od vonkajšej teploty
Tepelné erpadlo VZDUCH/VODA
Výhody a nevýhody použitej technológie sú zhrnuté v nasledovných bodoch:
Výhody:
9 nižšie investičné náklady v porovnaní s tepelným čerpadlom voda/voda
9 jednoduchá montáž a prevádzka systému
9 moderný, úsporný a ekologický spôsob výroby tepla s nízkymi emisiami škodlivých látok
Nevýhody:
9 nižšia účinnosť výroby tepla, t.j. nižšie výkonové číslo (COP) v porovnaní s tepelným čerpadlom typu voda/voda
9 nízke výkonové číslo (COP) pri nízkych vonkajších teplotách (vyššia spotreba elektrickej energie), preto je výhodné ich inštalovať
v oblastiach s vyššou priemernou ročnou teplotou.
9 možný problém s hlučnosťou tepelného čerpadla
V tejto štúdii sa budeme ďalej zaoberať využitím tepelných čerpadiel typu vzduch/voda ako vhodného zdroja tepla pre bytový dom.
3,69
Výkon (kW)
Tepelné čerpadlá vzduch/voda uvažované v tejto štúdii využívajú ako primárny zdroj tepla vzduch nasávaný z okolitého prostredia.
Technologické zariadenia zdroja tepla bývajú umiestnené vo vhodne určenej miestnosti (napr. bývalá práčovňa, sušiareň, ... ) v suteréne
bytového domu. Umiestnenie a prepojenie technologických zariadení tohto zdroja tepla býva spravidla riešené dvoma spôsobmi:
a.) Všetky zariadenia tepelného čerpadla sú umiestnené ako jeden celok v určenej miestnosti. Prívod a odvod vzduchu do miestnosti je zabezpečený vzduchotechnickým potrubím.
b.) Zariadenia tepelného čerpadla okrem vonkajšej jednotky sú umiestnené v určenej miestnosti. Vonkajšia jednotka nasávajúca
vzduch je umiestnená na streche bytového domu.
1,64
1
-11
1,97
2
-5
2,58
2,24
3
0
4
5
3,48
COP
5
10
6
15
7
20
8
27
tepelný výkon
elektrický príkon
Vonkajšia teplota
Legislatívne podmienky realizácie tepelných čerpadiel vzduch/voda
yPožiadať dodávateľa elektrickej energie a pridelenie zodpovedajúceho ističa na potrebný výkon
pre tepelné čerpadlo, vybudovať novú elektrickú prípojku
yPožiadať príslušný stavebný úrad o stavebné povolenie
yVypracovať hlukovú štúdiu a zabezpečiť vyjadrenie hygieny
yAk je jednotka mimo objekt – územné rozhodnutie na umiestnenie stavby
yAk je zariadenie na cudzom pozemku – zabezpečiť súhlas majiteľa pozemku a zmluvne
zabezpečiť využitie tejto časti pozemku
Navrhované technické riešenie - Príklad
V navrhovanom riešení zabezpečia tepelné čerpadlá typu vzduch/voda výrobu tepla pre potreby vykurovania a ohrev teplej vody pre modelový bytový dom. Zdrojom
tepla bude päť vonkajších jednotiek tepelných čerpadiel, ktoré budú inštalované
na antivibračných základoch na rámovej oceľovej konštrukcii na streche bytového
domu. Priestor okolo čerpadiel bude odhlučnený protihlukovou zábranou. Ako zdroj
tepla pre pokrytie špičkovej potreby tepla v najchladnejších dňoch, je navrhnutá
elektrická výhrevná vložka o výkone cca 30 kW. Bivalentný bod, t.j. bod pripojenia
tepelného výkonu bivalentného zdroja tepla (elektrickej výhrevnej vložky) k výkonu
tepelného čerpadla je stanovený na teplotu T=0°C.
Technologický celok tepelného čerpadla je zostavený z nasledujúcich zariadení:
y vzduchom chladený kondenzátor
y skrutkový kompresor
y výparník
y ostatné príslušenstvo (ventilátory, regulačné armatúry, expanzný ventil,
ističe, potrubné prepoje…)
y riadiaci elektronický systém
Základné technické parametre /jedno čerpadlo/:
y menovitý vykurovací výkon pri Tvzduch=0°C : P=32 kW
y teplota vstupného vzduchu : T=-11°C až 35°C
3,2
2,89
Pri rovnakom množstve
spotrebovanej elektrickej
energie sa výkon tepelného čerpadla znižuje
poklesom vonkajšej teploty, čomu zodpovedá aj
výkonové číslo COP. Tieto
údaje by mal poskytnúť
dodávateľ tepelného
čerpadla a mali by sa
zohľadniť pri projektovaní
zdroja tepla pre daný
objekt.
Energetická bilancia navrhovaného zdroja tepla je uvedená v nasledovnej tabuke :
y teplota výstupnej vody : T=55°C
y akustický tlak : do 61dB(A), /merané vo vzdialenosti 1m/
y celkový maximálny elektrický príkon el. prípojky: Pe= cca 22 kW
Základné tepelno-technické parametre modelového bytového domu :
y tepelné straty objektu : 80 kW
y požadovaný výkon pre ohrev teplej vody : 100 kW
y celková ročná potreba tepla pre vykurovanie : Q = 170 MWh/r
y celková ročná potreba tepla pre ohrev teplej vody : Q = 88 MWh/r
y teplotný spád vykurovania : 55/40°C
Vyhodnotenie ekonomickej výhodnosti použitia navrhovaného zdroja tepla
Použitá metóda pre objektívne vyhodnotenie ekonomickej výhodnosti použitia
navrhovaného zdroja tepla pozostáva z nasledovných krokov:
1.) Vyhotovenie ročného diagramu potrieb tepla pre bytový dom
2.) Určenie výkonových parametrov navrhovaného zdroja tepla
3.) Určenie vstupných nákladov na realizáciu navrhovaného energetického
zdroja
4.) Určenie celkových nákladov na prevádzku navrhovaného energetického
zdroja
5.) Posúdenie ekonomickej výhodnosti použitia navrhovaného zdroja tepla
Čo povedať na záver?
Z uvedených skutočností vyplýva, že tento zdroj tepla pre bytové domy je progresívny, ale investične náročný, čo vidno aj na veľmi dlhej návratnosti zariadenia, prekračujúcej jeho životnosť.
Predpokladaná životnosť časti tepelného čerpadla je 12 rokov. Len za výraznej dotácie štátu na podporu obnoviteľných energetických zdrojov sa oplatí do takéhoto zariadenia investovať tak,
aby doba návratnosti bola nižšia ako doba životnosti. Z legislatívnej stránky je nutné zabezpečiť všetky potrebné vyjadrenia a povolenia, aby toto zariadenie mohlo byť legálne namontované
a v prevádzke.
Ing. Milan Jedlovský
ENERGETICKÁ BILANCIA
VÝPOTOVÁ CENA PALIVA
elektrická energia [€/kWh]
0,12
VÝPOTOVÁ DOBA
PREVÁDZKY [roky]
12
ZDROJ TEPLA
VSTUPNÉ INVESTÍNÉ
NÁKLADY vrátane úrokov za úver
a vybudovanie novej elektrickéj
prípojky [€]
ENERGETICKÁ
BILANCIA ZA ROK
Množstvo získaného tepla [kWh/r]
Množstvo spotrebovanej elektriny
[kWh/r]
Cena elektriny [€/kWh]
NÁKLADY NA PALIVO ELEK.ENERGIU [€/r]
NÁKLADY NA ÚDRŽBU [€/r] 121 500 : 0,02
NÁKLADY Z INVESTÍCIE [€/r] 121 500 : 12
CELKOVÉ NÁKLADY [€/r]
tepelné erpadlo VZDUCH/VODA, P=5x31 kW, VÝSTUP:
ÚK 55°C
elektrické vykurovacie teleso, P=30 kW
121 500
Vyrobené teplo
ÚK z tepelného
erpadla
156 000
Vyrobené teplo ÚK z
elektrického
vykurovacieho telesa
14 000
Vyrobené
teplo TÚV z
tepelného
erpadla
88 000
66 000
0,12
15 000
0,12
33 000
0,12
114 000
7 920
1 800
3 960
13 680
2 430
10 125
26 235
CENA TEPLA SPOLU
[€/kWh]
Vysvetlívky:
P - Príkon
ÚK - ústredné kúrenie
TÚV - teplá úžitková vody
CELKOM
258 000
0,102
Túto cenu je potrebné si porovna s cenou
štandardných dodávateov energií (napr.
plyn, elektrina, centrálny zdroj tepla)
Ing. Ľudovít Grendel,
špecialista pre oblasť
technicko - energetickú,
MPBH, spol. s r.o. ZVOLEN
Download

Tepelné čerpadlá ako zdroj tepla pre bytový dom